TWM627534U - 光學感測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光學感測裝置包含：一基板；一電路配線層，位於基板上；多個發光單元，設置於電路配線層上，用於發出光線；一濾光層，具有多個第一阻光部，分別設置於此些發光單元之間的多個像素間隙的上方，並具有多個光孔，此些光孔對準電路配線層的多個透光間隙，且各光孔的尺寸小於或等於此些透光間隙的對應的其中一個的尺寸；及一光學感測器，設置於基板的下方，以執行無偏光片的屏下式光學感測。

Description

光學感測裝置
本新型是有關於一種光學感測裝置，且特別是有關於一種使用無偏光片式顯示面板的光學感測裝置
例如手機、平板電腦、筆記本電腦等等的移動電子裝置通常配備有使用者生物識別系統，包括了例如指紋、臉型、虹膜等等不同感測技術，用以保護個人數據安全，其中例如應用於手機或智慧型手錶等攜帶型裝置，也兼具有行動支付的功能，對於使用者生物識別更是變成一種標準的功能，而手機等攜帶型裝置更是朝向全屏幕或超窄邊框的趨勢發展，使得傳統電容式指紋按鍵無法再繼續被使用，取而代之的是微小化光學成像裝置，有些非常類似傳統的相機模組，具有互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Image Sensor (簡稱CIS))感測元件及光學鏡頭模組。將微小化光學成像裝置設置於屏幕下方，特別是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)屏幕的下方，透過屏幕部分透光的結構，可以擷取按壓於屏幕上方的物體的圖像，特別是指紋圖像，而達成屏幕下指紋感測(Fingerprint On Display，FOD)的功能，其中屏幕部分透光的結構包含暴露金屬線路相互間的空隙，其透光率通常為1%至7%，視屏幕的設計及解析度而定。
在傳統的OLED屏幕的結構中，通常會在OLED上方設置一偏光片，讓照射在屏幕的外界強光(例如太陽光)的反射強度降低，也讓進入屏幕的光線被OLED內的金屬線路(包含薄膜電晶體相關的金屬線路及金屬電極等等)反射的強度降低，以達到防眩光的功能，確保屏幕保持清晰的顯示品質。但是偏光片會增加整個顯示屏幕的厚度，特別是新一代的折疊式屏幕，偏光片的存在更會影響摺疊的可靠度，同時也會影響能量使用效率。
因此，本新型的一個目的是提供一種光學感測裝置，針對無偏光式顯示面板的發光單元上的濾光層予以圖案化而形成對準配線區中的透光間隙的光孔，達成屏下式光學感測的功能。
為達上述目的，本新型提供一種光學感測裝置，至少包含：一基板；至少一電路配線層，位於基板上；多個發光單元，設置於電路配線層上；一濾光層，具有多個第一阻光部，分別設置於此些發光單元之間的多個像素間隙的上方，並具有多個光孔，此些光孔對準電路配線層的多個透光間隙，且各光孔的尺寸小於或等於此些透光間隙的對應的其中一個的尺寸；以及一光學感測器，設置於基板的下方。
藉由上述的實施例，可以利用黑色光阻所製作出的濾光層的圖案化製程，製作出濾光層的光孔，並使光孔對準配線區中的透光間隙，配合光學感測器的光路設計可以執行屏下式光學感測，且不需要使用偏光片而可解決眩光的問題，且不影響摺疊的可靠度。
為讓本新型的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
為解決上述偏光片的問題，一種解決方式是移除偏光片，以降低光線在光路的損耗，提供更節能的效果。當OLED上方的偏光片被拿掉時，防眩光功能會變成主要的問題，因此，可以增加一層濾光層(例如黑膜層)以覆蓋住暴露的金屬線路區域，大幅降低反射眩光的強度。然而此舉也會讓OLED屏幕在暴露金屬線路區域的透光率大幅降低(譬如是小於1%或趨近於0%)，這將使得光學屏下感測受到限制，其中光學屏下感測包含設置於屏下的光學生物識別(臉型、指紋、指靜脈、血氧、心跳心率、虹膜等等)感測器及其他光學感測器，例如近接式感測器(Proximity Sensor)、環境光感測器(Ambient Light Sensor)、甚至是照相機(Camera)等等。因此，必須要對增設的濾光層及其下方的電路配線層的配線區中的金屬線路作進一步設計規劃，除了維持防眩光的功能外，還可以增加屏幕(或稱顯示面板)的透光率(較佳是大於1%，大於0.5%或大於0.3%)以符合光學屏下指紋感測的需求。
本新型的實施例主要是提供一種無偏光片式顯示面板結構，不但能防眩光影響顯示的信息，也適用於局部或全局屏下式光學感測，依據顯示面板的電路配線層的配線區中的透光間隙(或稱感興趣的電路空白區)，將發光單元上方的濾光層予以圖案化而形成對應(譬如是對準)這些透光間隙的光孔，提供屏下式光學感測用的透光通道，加上圖案化濾光層仍可以遮住大部分金屬線路(避免反射眩光)，可以實現適用於屏下式光學感測的無偏光片式顯示面板。
圖1顯示依據本新型較佳實施例的光學感測裝置的示意圖。圖2顯示圖1的光學感測裝置的局部示意圖。如圖1與圖2所示，本實施例提供一種光學感測裝置300，其至少包含一個無偏光片式顯示面板100以及一光學感測器200。光學感測器200設置於顯示面板100的下方，用於感測來自顯示面板100上方的一物體F的待測光L2。於一使用例中，顯示面板100在一感測模式下發出光線L1照射物體F，物體F反射光線L1而產生待測光L2。於另一例中，照射物體F的光線可以是來自設置在顯示面板100的下方或側邊的額外光源(未顯示)，或者是環境光(例如太陽光或室內照明等等)。因此，照射物體F的光線可以是可見光或例如紅外光的不可見光。
於本例中，顯示面板100的面積大於光學感測器200的面積，也就是光學感測裝置300提供局部的光學感測功能。於另一例中，顯示面板100的面積可以等於光學感測器200的面積，以提供全局的光學感測功能。於本實施例中，光學感測裝置300是以指紋感測器作為例子來說明，但是並未將本新型限制於此，光學感測裝置300也可以感測指靜脈、手指的血管圖像、血氧濃度、心率等生物特徵，也可以感測與物體是否接近(例如接近距離感測器)，也可以當作照相機使用來感測臉型、虹膜等等特徵。
如圖2所示，顯示面板100至少包含一基板10、至少一電路配線層20、多個發光單元30以及至少一濾光層40(吸收入射的外界強光)。電路配線層20位於基板10上，並包含達成預定電連接的多個電路區21、多個電極22及多個配線區23。電路區21中可設置有多個薄膜電晶體(Thin-Film Transistor, TFT)當作開關用，當然也可以設置有其他主動或被動元件，達成預定的電路功能。整個電路配線層20的電路區21與電極22由於功能上的需求，無法被設置成具有透光間隙，而配線區23可以被設計成具有透光間隙，藉由上下不同層配線的走線方式，可以達成電路區21與電極22的預定電連接方式，同時利用這些走線方式，設計出多個透光間隙20G來達成感測光路的需求。
多個發光單元30設置於電路配線層20上，並電連接至電路配線層20的此些電極22，用於發出光線L1朝上傳輸。設置於發光單元30上方的濾光層40具有多個光孔40G。於本例中，濾光層40具有多個第一阻光部40B，分別設置於此些發光單元30之間的多個像素間隙30G的上方，並且提供部分阻光的功能。此些第一阻光部40B被圖案化成具有此些光孔40G，此些光孔40G的排列方式可以是有規則的，也可以是隨機的，只要能對應或對準此些透光間隙20G即可，以提供通過此些光孔40G及此些透光間隙20G且可以到達光學感測器200的多條光路OC，使得來自外界的待測光L2朝下傳輸通過此些光孔40G及此些透光間隙20G，讓光學感測器200可以通過此些透光間隙20G、此些像素間隙30G及此些光孔40G執行光學感測。為了達成較佳的防眩光的功能，各光孔40G的尺寸小於或等於與各光孔40G對應的透光間隙20G的尺寸。於一例子中，在感測的一光路所通過的光孔40G及透光間隙20G中，光孔40G的尺寸小於或等於透光間隙20G的尺寸，以符合感測光路的需求，同時配合配線區23的設計，此些光孔40G可以具有不同的形狀(包括但不限定為正方形、長方形、圓形、橢圓形以及不規則形狀)。於本實施例中，濾光層40更包含至少一第二阻光部40C，第二阻光部40C不具有光孔，且設置於光學感測器200的涵蓋範圍以外，譬如是設置於光學感測器200或者此些第一阻光部40B的至少一側(包含周緣)。可以理解的，電路配線層20除了具有透光間隙20G以外，亦可具有不會被生物感測利用到的其他透光間隙(圖未示)，當待測光L2或環境光L3經過此些其他透光間隙時，仍然受到濾光層40遮擋。另一方面，若要從現有產品的配置來改良時，也可以根據所欲執行光學感測的感興趣區域的配線區的走線圖案進行修改成最佳化配置，讓透光間隙20G的尺寸分布範圍較為優化設計以提高透光率，而不執行光學感測的區域的配線區的走線圖案可以不作更動，使得感興趣區域(執行光學感測的區域的配線區)的修改的走線圖案，為了要提供優化的透光率而不同於其他區域(不執行光學感測的區域的配線區)的走線圖案。亦即，第二阻光部40C正下方的電路配線層20的走線圖案，因為不需對應至透光間隙而不同於需要對應至透光間隙20G的第一阻光部40B正下方的電路配線層20的走線圖案。可以理解的，當進行全新產品的重新設計時，也可以依據上述不同的走線圖案的特徵進行配置。
於一非限制例中，顯示面板100為OLED顯示面板，基板10為玻璃或高分子基板，發光單元30為OLED，可以是紅色、綠色及藍色OLED，濾光層40可以是黑色光阻所製造出的黑色矩陣(Black Matrix，BM)層，提供部分透光的功能。於一例中，超高畫質(Ultra-High-Definition，UHD)顯示面板的透光間隙可以製作到1至3微米，而超高畫質(Full-High-Definition，FHD)顯示面板的透光間隙可以製作到3至5微米，因此本新型的BM層的光刻解析度製作出的光孔40G的尺寸大約是1至5微米(根據顯示面板100的規格設計)。
於一例中，此些光孔40G具有單一尺寸，以配合此些透光間隙20G的不同尺寸。於另一例中，此些光孔40G具有多種不同的尺寸，以配合此些透光間隙20G的不同尺寸。於又另一例中，此些光孔40G的數量對應此些透光間隙20G的數量，譬如一對一的對應方式。
上述顯示面板100可以更包含一透明電極層50，設置於濾光層40與此些發光單元30之間，並且電連接至此些發光單元30。透明電極層50的材料例如是氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)，為OLED的共通陽極，配合上述作為陰極的電極22，可以讓OLED在通電狀態下發光。
在圖2所示的例子中，提供的是局部屏下式光學感測，所以第一阻光部40B具有此些光孔40G，以讓待測光L2通過，而第二阻光部40C不具有光孔，以阻擋待測光L2及環境光L3。
圖3顯示圖2的光學感測裝置300的一變化例的局部示意圖。與圖2具有相同元件符號之元件具有相同功能，在此不再贅述。如圖3所示，濾光層40可以更包含一濾光部45，設置於透明電極層50及此些發光單元30的上方，用於過濾光線L1，其中此些濾光部45與此些第一阻光部40B交錯設置，於本例中是設置在同一平面上。於另一例子中，濾光部45與濾光層40設置在不同平面上。濾光部45的上方可以設置有保護層或其他功能層，譬如觸控層等。濾光部45具有多個間隔設置的濾光結構45R，45G，45B，用於濾除不同波長的光線L1。於一例中，濾光部45具有紅色濾光結構45R、綠色濾光結構45G及藍色濾光結構45B，分別對應下方的紅色、綠色及藍色發光單元30，以避免鄰近發光單元30發出不同顏色的光線的相互干擾。
圖4顯示圖2的光學感測裝置300的另一變化例的局部示意圖。與圖2具有相同元件符號之元件具有相同功能，在此不再贅述。如圖4所示，顯示面板100更包含多個像素定義部60，分別設置於此些像素間隙30G中，用於分隔此些發光單元30，各像素定義部60具有至少一個第二光孔61讓待測光L2通過。亦即，此些光路OC通過此些第二光孔61。於一例中，像素定義部60為黑色材料所形成，避免相鄰發光單元30所發出的不同波長的光的干擾。於另一例子中，第二光孔61的尺寸小於或等於對應的光孔40G的尺寸及透光間隙20G的尺寸。可以理解的，於另一例子中，亦可整合圖4與圖3的部分特徵，而讓顯示面板100包含像素定義部60及濾光部45。
藉由上述實施例的光學感測裝置，可以利用濾光層的圖案化製程，製作出不同配置的濾光層的光孔，並使光孔對應或對準配線區中的透光間隙，配合光學感測器可以執行屏下式光學感測，且不需要使用偏光片而可解決眩光的問題，並提高能量使用效率。
值得注意的是，上述所有實施例都可以適當的交互組合、替換或修改，以提供多樣化的效果。譬如，可以將OLED顯示面板替換為微型發光二極體顯示面板。
在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本新型的技術內容，而非將本新型狹義地限制於上述實施例，在不超出本新型的精神及申請專利範圍的情況下，所做的種種變化實施，皆屬於本新型的範圍。
F:物體 L1:光線 L2:待測光 L3:環境光 OC:光路 10:基板 20:電路配線層 20G:透光間隙 21:電路區 22:電極 23:配線區 30:發光單元 30G:像素間隙 40:濾光層 40B:第一阻光部 40C:第二阻光部 40G:光孔 45:濾光部 45R, 45G, 45B:濾光結構 50:透明電極層 60:像素定義部 61:第二光孔 100:顯示面板 200:光學感測器 300:光學感測裝置
［圖1］顯示依據本新型較佳實施例的光學感測裝置的示意圖。 ［圖2］顯示［圖1］的光學感測裝置的局部示意圖。 ［圖3］顯示［圖2］的光學感測裝置的一變化例的局部示意圖。 ［圖4］顯示［圖2］的光學感測裝置的另一變化例的局部示意圖。
F:物體
L1:光線
L2:待測光
L3:環境光
OC:光路
10:基板
20:電路配線層
20G:透光間隙
21:電路區
22:電極
23:配線區
30:發光單元
30G:像素間隙
40:濾光層
40B:第一阻光部
40C:第二阻光部
40G:光孔
50:透明電極層
100:顯示面板
200:光學感測器
300:光學感測裝置

Claims (13)

  1. 一種光學感測裝置，至少包含： 一基板； 至少一電路配線層，位於該基板上； 多個發光單元，設置於該電路配線層上； 一濾光層，具有多個第一阻光部，分別設置於該等發光單元之間的多個像素間隙的上方，其中該等第一阻光部具有多個光孔，該等光孔對準該電路配線層的多個透光間隙，且各該光孔的尺寸小於或等於該等透光間隙的對應的其中一個的尺寸；以及 一光學感測器，設置於該基板的下方。
  2. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該等光孔具有多種不同尺寸，以配合該等透光間隙的不同尺寸。
  3. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該等光孔的數量對應該等透光間隙的數量。
  4. 如請求項1所述的光學感測裝置，更包含一透明電極層，設置於該濾光層與該等發光單元之間，並且電連接至該等發光單元。
  5. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該濾光層更包含至少一第二阻光部，設置於該等第一阻光部的至少一側，且該第二阻光部不具有光孔。
  6. 如請求項5所述的光學感測裝置，其中該第二阻光部正下方的該電路配線層的走線圖案不同於該第一阻光部正下方的該電路配線層的走線圖案。
  7. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該濾光層更包含多個濾光部，設置於該等發光單元的上方，且該等濾光部與該等第一阻光部交錯設置。
  8. 如請求項7所述的光學感測裝置，其中各該濾光部具有多個間隔設置的濾光結構，用於濾除不同波長的光線。
  9. 如請求項1所述的光學感測裝置，更包含： 多個像素定義部，分別設置於該等像素間隙中，用於分隔該等發光單元，其中各該像素定義部具有至少一個第二光孔。
  10. 如請求項9所述的光學感測裝置，其中該第二光孔的尺寸小於或等於對應的該光孔的尺寸及該透光間隙的尺寸。
  11. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該基板、該至少一電路配線層、該等發光單元及該濾光層屬於一無偏光片式顯示面板，該無偏光片式顯示面板具有大於0.3%的透光率。
  12. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該等光孔具有不同形狀。
  13. 如請求項1所述的光學感測裝置，其中該基板、該至少一電路配線層、該等發光單元及該濾光層屬於一無偏光片式顯示面板，且該無偏光片式顯示面板的面積大於該光學感測器的面積。
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